Optische coherentietomografie

De optische coherentietomografie (OKT) als niet-invasieve beeldvormingsmethode wordt voornamelijk in de geneeskunde gebruikt. De verschillende reflectie- en verstrooiingseigenschappen van verschillende weefsels vormen de basis van deze methode. Als relatief nieuwe methode vestigt OCT zich momenteel in steeds meer toepassingsgebieden.

Wat is optische coherentietomografie?

De fysieke basis van optische coherentietomografie is het creëren van een interferentiepatroon wanneer referentiegolven op gereflecteerde golven worden gesuperponeerd. Doorslaggevend is de coherentielengte van het licht.

De coherentielengte vertegenwoordigt het maximale verschil in looptijd van twee lichtbundels die, wanneer ze over elkaar heen gelegd zijn, toch een stabiel interferentiepatroon laat ontstaan. Optische coherentietomografie gebruikt licht met een korte coherentielengte met behulp van een interferometer om de afstanden van verstrooiende materialen te bepalen.

Voor dit doel wordt in de geneeskunde het te onderzoeken lichaamsdeel op punten gescand. De methode maakt een goed diepteonderzoek mogelijk vanwege de hoge penetratiediepte (1-3 mm) van de straling die in het verstrooiende weefsel wordt gebruikt. Tegelijkertijd is er ook een hoge axiale resolutie bij een hoge meetsnelheid. Optische coherentietomografie vertegenwoordigt dus de optische tegenhanger van echografie.

Functie, effect en doelen

De optische coherentietomografiemethode is gebaseerd op witlichtinterferometrie. Het gebruikt de superpositie van referentielicht met gereflecteerd licht om een ​​interferentiepatroon te vormen. Het diepteprofiel van een monster kan worden bepaald. Voor de geneeskunde betekent dit het onderzoeken van diepere weefselcoupes die niet met conventionele microscopie kunnen worden bereikt. Twee golflengtebereiken zijn bijzonder interessant voor de metingen.

Enerzijds is dit het spectrale bereik bij een golflengte van 800 nm Dit spectrale bereik geeft een goede resolutie. Anderzijds dringt licht met een golflengte van 1300 nm bijzonder diep in het weefsel door en maakt een bijzonder goede diepteanalyse mogelijk. Tegenwoordig worden twee belangrijke toepassingsmethoden van OCT gebruikt, de OCT-systemen in het tijdsdomein en de OCT-systemen in het Fourier-domein. In beide systemen wordt het excitatielicht via een interferometer gesplitst in referentie- en bemonsteringslicht, waardoor interferentie optreedt met de gereflecteerde straling.

Door de monsterbundel lateraal over het onderzoeksgebied te buigen, worden doorsnedebeelden opgenomen, die worden samengevoegd tot een algehele opname. Het Time Domain OCT-systeem is gebaseerd op kort-coherent breedbandlicht, dat alleen een stoorsignaal genereert als beide armlengtes van de interferometer overeenkomen. De positie van de referentiespiegel moet worden doorlopen om de backscatter-amplitude te bepalen. Door de mechanische beweging van de spiegel is de tijd die nodig is voor de weergave te hoog, waardoor deze methode niet geschikt is voor snelle beeldvorming.

De alternatieve Fourier Domain OCT-methode werkt volgens het principe van de spectrale ontleding van het gestoorde licht. De volledige diepte-informatie wordt tegelijkertijd opgenomen en de signaal-ruisverhouding wordt aanzienlijk verbeterd. Lasers dienen als lichtbronnen, die geleidelijk de te onderzoeken lichaamsdelen scannen. De toepassingsgebieden van optische coherentietomografie liggen voornamelijk in de geneeskunde en hier in het bijzonder in de oogheelkunde, kankerdiagnostiek en huidonderzoeken. Via het interferentiepatroon van het gereflecteerde licht met het referentielicht worden de verschillende brekingsindices aan de grensvlakken van de betreffende weefselcoupes bepaald en als beeld weergegeven.

Bij oftalmologie wordt voornamelijk de fundus onderzocht. Concurrerende technieken, zoals de confocale microscoop, kunnen de gelaagde structuur van het netvlies niet goed in beeld brengen. Bij andere procedures is het menselijk oog soms te gestrest. Met name op het gebied van oogdiagnostiek is OCT dan ook zeer voordelig gebleken, vooral omdat contactloos meten ook het risico op infectie en psychologische stress uitsluit. Momenteel openen zich nieuwe perspectieven voor OCT op het gebied van cardiovasculaire beeldvorming.

Intravasculaire optische coherentietomografie is gebaseerd op het gebruik van infrarood licht. Hier geeft de OCT informatie over plaques, dissecties, thrombi of zelfs stentafmetingen. Het wordt ook gebruikt om morfologische veranderingen in bloedvaten te karakteriseren. Naast medische toepassingen verovert optische coherentietomografie ook steeds meer toepassingsgebieden bij het testen van materialen, het bewaken van productieprocessen of bij kwaliteitscontrole.

Risico's, bijwerkingen en gevaren

Optische coherentietomografie heeft veel voordelen ten opzichte van andere methoden. Het is een niet-invasieve en contactloze procedure. Hierdoor kan de overdracht van infecties en het optreden van psychologische stress grotendeels worden voorkomen. Bovendien wordt in OCT geen ioniserende straling gebruikt.

De gebruikte elektromagnetische straling komt grotendeels overeen met de frequentiebereiken waaraan mensen dagelijks worden blootgesteld. Een ander groot voordeel van OCT is dat de dieptesolutie niet afhankelijk is van de transversale resolutie. De dunne coupes die bij de klassieke microscopie worden gebruikt, zijn niet meer nodig omdat het proces is gebaseerd op puur optische reflectie. Door de grote penetratiediepte van de gebruikte straling kunnen microscopisch kleine beelden worden gegenereerd in levend weefsel.

Het werkingsprincipe van de methode is zeer selectief, zodat zelfs zeer kleine signalen kunnen worden gedetecteerd en toegewezen aan een bepaalde diepte. Daarom is OCT bijzonder geschikt voor het onderzoeken van lichtgevoelig weefsel. Beperkingen op het gebruik van OCT zijn het gevolg van de golflengte-afhankelijke penetratiediepte van de elektromagnetische straling en de bandbreedte-afhankelijke resolutie. Sinds 1996 zijn er echter breedbandlasers ontwikkeld, die een verder geavanceerde diepteresolutie hebben.

Sinds de ontwikkeling van UHR-OCT (ultrahoge resolutie OCT) is het zelfs mogelijk om subcellulaire structuren in menselijke kankercellen weer te geven. Omdat OCT nog een zeer jonge procedure is, zijn niet alle mogelijkheden uitgeput. Optische coherentietomografie is aantrekkelijk omdat het geen gezondheidsrisico inhoudt, een zeer hoge resolutie heeft en erg snel is.